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Area Architettura
Machine Learning per l'ottimizzazione della produzione del calcestruzzo
Tesi all'estero
Riferimenti GIUSEPPE CARLO MARANO
Riferimenti esterni melchiorre Jonathan, Anerdi Costanza
Descrizione Il calcestruzzo è stato gettato per secoli in edifici, strade, ponti e altro ancora. Le strutture realizzate con il calcestruzzo sono sopravvissute a guerre e disastri naturali, superando molte delle civiltà che le hanno costruite. Oltre che per la sua resistenza e resilienza, il calcestruzzo è anche un elemento fondamentale dell'edilizia perché è economico e semplice da produrre. In tutto il mondo, ogni anno vengono utilizzati 30 miliardi di tonnellate di calcestruzzo. Su base pro capite, si tratta di una quantità tre volte superiore a quella di 40 anni fa, e la domanda di calcestruzzo cresce più rapidamente di quella di acciaio o legno .
Gli edifici e le strutture in calcestruzzo sono, per molti versi, ideali per le costruzioni climate-resilient, vista la loro versatilità e durabilità. Ma l’industria del cemento, principale componente nel mix design del calcestruzzo, presenta una footprint ad oggi insostenibile, rappresentando l'8%-10% delle emissioni globali di CO2 (per farsi un’idea, si tratta di più del doppio delle emissioni generate dal trasporto aereo e navale) . È quindi evidente che l’industria del calcestruzzo e del cemento abbia un ruolo fondamentale nel processo di decarbonizzazione profonda che la nostra società sta vivendo su numerosi fronti.
Il calcestruzzo si ottiene miscelando sabbia, ghiaia, cemento e acqua, in quantità ben definite. Il mix design, ovvero la definizione di questa ricetta, è un processo complesso e multifasico in cui è necessario trovare la migliore composizione degli ingredienti per creare un calcestruzzo il più performante e affidabile possibile in termini di resistenza e durabilità. Inoltre, i processi chimici che sottendono all’idratazione e indurimento del calcestruzzo sono irreversibili, pertanto eventuali errori in fase di progettazione del conglomerato cementizio (i.e. quantità effettiva di acqua) potrebbero risultare in costi imprevisti per l’investitore, sia in fase di costruzione, che nelle fasi successive di vita della struttura.
Al momento esistono vari approcci adottati per la mitigazione dell’impatto dell’industria cementizia, che vanno dall’utilizzo di binder alternativi (ad esempio materiali di scarto come le fly ash) all’ottimizzazione dei singoli componenti, compreso il quantitativo di cemento. Per capire come queste tecnologie siano in grado di fare la differenza è necessario conoscere quelli che sono i meccanismi con i quali si regola il processo di mix-design.
In letteratura, nonché nella pratica diffusa, esistono alcuni metodi per la valutazione delle quantità dei diversi componenti, tra i quali i più diffusi sono quelli derivati dal cosiddetto “Metodo delle Tre Equazioni”, che presenta ancora oggi numerose incertezze. Allo scopo di garantire le caratteristiche meccaniche minime, e in particolare la resistenza caratteristica a compressione, i produttori tendono a mettersi in sicurezza utilizzando un quantitativo di cemento maggiore di quello che è effettivamente necessario, con le conseguenti ricadute in termini di costi ambientali e non.
Le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo sono infatti fortemente influenzate dalla miscela che lo compone, dalle caratteristiche ambientali in cui è stato prodotto, dalle caratteristiche ambientali in cui è stato gettato e indurito e da altri fattori come il quantitativo di acqua “nascosta” di cui è difficile tenere conto se non tramite una valutazione ad hoc. Questo risulta in una grande incertezza, in fase di produzione, su quelle che saranno le caratteristiche del prodotto finale.
Conoscenze richieste Machine Learning, neural network
Scadenza validita proposta 24/09/2023
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